Проблема рационального использования углей с высоким и средним содержанием серы является весьма актуальной проблемой для Донецкого бассейна, поскольку эти угли составляют 70% разведанных запасов твёрдых горючих ископаемых. Для решения этой проблемы необходимо глубокое исследование структуры этих углей, закономерностей их превращения в процессах термической и термохимической деструкции.
В настоящей работе проведено исследование процесса полукоксования (стандартный метод Фишера) слабовосстановленных (тип а) и восстановленных (тип в) углей Донецкого бассейна до и после их химической обработки с целью управления процессом их обессеривания. Обработку углей химическими реагентами проводили с целью влияния на характер термодеструктивных процессов. Это можно осуществлять путём введения инициаторов или ингибиторов радикальной полимеризации, поскольку процесс слагается из параллельно конкурирующих реакций деструкции и синтеза, в основе которых лежит свободно радикальный механизм. В качестве инициатора радикальной полимеризации использовали ДАК (денитрил азобисизомасляной кислоты). Выбор второго реагента основывался на представлении о том, что спекаемость каменных углей связана с их способностью образовывать жидкие продукты термического разложения, которые не выделяются в достаточном количестве при термодеструкции бурых и других неспекающихся углей. В связи с этим для предварительной обработки угля также использовалось поглотительное масло, являющееся одним из продуктов дистилляции каменноугольной смолы.
Обработку исходного угля проводили 1%-ми растворами ДАК и поглотительного масла в эфире непосредственно перед термообработкой с последующей сушкой в течение 24 часов при комнатной температуре.
Изучение процесса распределения серы между продуктами термической деструкции показало, что при пиролизе углей с высоким содержанием серы (тип в) большая её часть переходит в полукоксовый газ (до 63%). При пиролизе слабовосстановленных углей основная часть серы остаётся в твёрдом остатке (до 62%), а в первоначальную смолу переходит до 23%.
Введение химических реагентов приводит к увеличению выхода твёрдого остатка и его обессериванию, что является позитивным моментом при использовании малопригодных углей для процессов термической переработки. Необходимо отметить, что наиболее существенно процесс снижения содержания серы в твёрдом остатке наблюдается для восстановленных углей.
На рисунке 1 отображено распределение серы в первичной смоле, полученной при полукоксовании исходных и подвергшихся предварительной химической обработке углей. Как видно на рисунке, значительный переход серы наблюдается при введении химических реагентов и наиболее эффективным является инициатор радикальной полимеризации ДАК. Применение этого химического реагента приводит к увеличению содержания серы в смоле полукоксования в 1,3 раза для малосернистых углей и в 1,5 раза для высокосернистых углей.
Рисунок 1 – Распределение серы в первичной смоле, полученной при полукоксовании углей до и после их химической обработки
При анализе содержания серы в полукоксовом газе (в виде сероводорода) также установлено влияние химических реагентов на интенсификацию этого процесса (рисунок 2). Как видно на рисунке, введение химических реагентов приводит к увеличению содержания серы в полукокосовом газе, что свидетельствует о переходе серы из твёрдого остатка в парогазовую фазу.
Рисунок 2 – Распределение серы в полукоксовом газе, полученном при пиролизе слабовосстановленного угля и восстановленного угля до и после их химической обработки.
Анализируя полученные данные, можно предложить предварительное введение химических реагентов как первичную стадию при использовании углей с высоким содержанием серы, что приведёт к расширению сырьевой базы коксохимической промышленности и рациональному использованию углей низкого качества.